[發明專利]海底沉積物類型的識別方法

在審

• 申請號: 201510274770.X
• 申請日: 2015-05-26
• 公開（公告）號: CN104808246A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 趙梅;胡長青;王平;陳勃;呂國濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所東海研究站
• 主分類號: G01V1/38
• 分類號: G01V1/38
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及海洋聲學和海洋工程領域，具體涉及一種對海底沉積物的類型進行識別的方法。

背景技術

海底沉積物的類型與海底介質的聲學特性直接相關，建立簡化的海底地聲模型，進而對海底介質的聲參量研究并對海底沉積物進行分類，一直是水聲學、海洋地質調查、海洋工程、海洋礦產資源、海洋漁業以及水下通訊等領域研究的重要內容，同時為海底電纜和輸油管道的鋪設、石油鉆井平臺的設計和施工等海洋開發前期工程提供重要科學依據，為石油等海底沉積礦產的生成和儲集條件提供重要資料。關于海底沉積物的分類，我國長期以來一直沿用謝帕德分類命名方法分類命名海底沉積物，將海底沉積物命名為砂、粉砂質砂、砂質粉砂、粉砂、粉砂質黏土、黏土等10種類型。考慮到Hamilton等人的習慣表示法，同時為了簡化，可將其中的“砂質黏土”和“黏土質砂”并入到“砂-粉砂-黏土”類。

對沉積物進行分類的方法一般分為直接取樣法和間接探測法。直接取樣能夠實現對海底沉積物的精確分類，但是采樣需要耗費大量人力、物力、財力，另外，由于直接取樣往往對沉積物樣品產生嚴重擾動，且采上樣品后環境參數發生了改變，因此其準確性將不可避免的受到影響。間接探測法一般利用聲學的手段對海底沉積物分類，主要有聲學參數反演分類、統計特征分類和圖像的紋理特征分類三類方法。

以小掠射角下海底反射損失隨掠射角的變化率F_db(dB/rad)的單參數可以較好地描述海底聲學特性，通過頻域自相關等反演方法可獲得海底單參數，且單參數對于不同類型的海底沉積物是敏感的，因此，可以對不同海底沉積物的單參數設定取值范圍，利用聲學參數反演獲得海底單參數，進而進行海底沉積物分類應用。

發明內容

本發明的目的在于利用表征海底聲阻抗、聲衰減等聲學參數耦合的海底單參數，根據海底沉積物的物理參數與海底單參數的關系，結合沉積物層的海底密度、聲速、孔隙度、粒徑和顆粒密度等物理性質的經驗公式，對海底沉積物進行分類，從而對海底沉積物的類型進行識別。

為達到上述目的，本發明提供了一種海底沉積物類型的識別方法，其特征在于，建立不同類型的海底沉積物與小掠射角內海底反射損失隨掠射角近似線性增長的單參數之間的對應關系，使用反演的方法得到海底的單參數值，在所述對應關系中查找與所述海底的單參數值對應的海底沉積物的類型。

優選地，根據頻域自相關反演、時域波形反演、或匹配場反演的方法得到海底的單參數值。

該方法可以簡便且準確地識別出海底沉積物的類型。

具體實施方式

下面結合對本發明作進一步的詳細說明。

我國長期以來一直沿用謝帕德分類命名方法分類命名海底沉積物，將海底沉積物命名為砂、粉砂質砂、砂質粉砂、粉砂、黏土等10種類型。同時為了簡化，可將其中的“砂質黏土”和“黏土質砂”并入到“砂-粉砂-黏土”類。這九類沉積物也可命名為粗砂、細砂、極細砂、粉砂質砂、砂質粉砂、粉砂、砂-粉砂-黏土、黏土質粉砂、黏土。第九類黏土底質為低速海底，反射機制與高速海底不同，不適用于海底單參數模型，其余八類海底屬“高聲速”海底，在小掠射角時，具有良好的反射性能，其反射損失與掠射角呈近似線性關系。

根據單參數F_dB與海底附近的海水聲速ρ和密度c，海底壓縮波波速c₁、海底密度ρ₁以及海底聲衰減系數α之間的關系式計算得到不同沉積物相應的海底單參數。

以東海實驗環境為例，對1kHz頻率，海水聲速取1519m/s，密度1.025g/cm³，衰減系數利用α(dB/λ)＝Kf·λ計算，可得到八種沉積物相應的單參數值，結果見如下表1。

表1.1KHz時八種沉積物基本參數與單參數值對應關系

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從上述表1可以看出，對于八種高聲速海底，單參數值對于不同沉積物類型是敏感的。而且通過不同頻率的計算可知，單參數值隨著頻率的增高其敏感性增強。因此，可以用海底單參數來對海底沉積物的類型進行區分和識別。